Klimaat invloed op aardbevingen: Studie van het Turkana-meer onthult verbanden tussen tektoniek en menselijke evolutie

Een luchtfoto van het Turkana-meer, het grootste permanente woestijnmeer ter wereld. Een recent onderzoek onthult dat klimaatgedreven fluctuaties in de waterstanden van het meer een aanzienlijke invloed kunnen hebben op de activiteit van breuken in de regio.

Het Turkana-meer in het noorden van Kenia wordt vaak de wieg van de mensheid genoemd. Dit gebied, dat rijk is aan fossielen van enkele van de vroegste hominiden, heeft wetenschappers geholpen het verhaal van de menselijke evolutie samen te stellen. Onderzoekers van de Syracuse Universiteit en de Universiteit van Auckland onthullen nu dat de geologische geschiedenis van het meer even belangrijk kan zijn als de antropologische.

Hun bevindingen, gepubliceerd in Scientific Reports, tonen aan dat klimaatgedreven veranderingen in de waterstanden van het meer de activiteit van breuken en de productie van magma in de Oost-Afrikaanse Riftvallei hebben beïnvloed—wat de lang gekoesterde overtuiging uitdaagt dat continentale rifting uitsluitend wordt bepaald door processen in de vaste aarde.

“Continentaal breken (‘riften’) wordt doorgaans gezien als een proces dat fundamenteel geworteld is in de platentectonica,” legt Chris Scholz, professor aardwetenschappen aan de Syracuse Universiteit en co-auteur van de studie, uit. “Ons onderzoek toont aan dat rifting ook wordt gevormd door oppervlakteprocessen, waaronder regionaal klimaat.”

Hoofdauteur James Muirhead, senior docent aan de Universiteit van Auckland, benadrukt de implicaties van de studie voor ons begrip van menselijke evolutie. “Dit werk onthult een complexe milieuachtergrond van het landschap dat door vroege hominiden, vroege moderne mensen en recente leden van onze soort werd bewoond,” zegt Muirhead, die veel van het onderzoek en de analyse uitvoerde als postdoctoraal medewerker in Scholz’s laboratorium aan Syracuse.

De vorming van het Turkana-meer is een verhaal van tectonische krachten, vulkanische uitbarstingen en klimaatveranderingen. Ongeveer 2,2–2,0 miljoen jaar geleden blokkeerde vulkanische activiteit de natuurlijke afvoer van het bekken, wat leidde tot de vorming van het Lorenyang-meer, dat uiteindelijk evolueerde tot het Turkana-meer. Gedurende millennia veroorzaakten fluctuerende klimaatsystemen dramatische veranderingen in de waterstanden van het meer—soms meer dan 350 voet hoger dan vandaag. Deze veranderingen hebben, zo ontdekten de onderzoekers, een diepgaand effect gehad op de aardkorst.

“De waterstanden in het Turkana-meer weerspiegelen het regionale ‘hydroklimaat,’ en tijdens nattere periodes, ongeveer 9.600–5.300 jaar geleden, was het meer honderden voeten hoger dan nu,” legt Scholz uit. “We vonden dat breuken sneller verschoof en dat er meer magma werd geproduceerd onder de regionale vulkanen wanneer het meer lager was.”

Volgens Muirhead komt dit doordat er tijdens drogere periodes met lagere waterstanden minder waterdruk op het aardoppervlak ligt, wat de druk in de korst vermindert. “Deze drukveranderingen leiden tot verhoogde smelting in hete gebieden diep in de aarde en maken ook breuken of aardbevingen waarschijnlijker,” zegt hij.

Onderzoekers van de afdeling Aarde- en Milieuwetenschappen van Syracuse voerden veldwerk uit in Turkana—een extreem uitdagende omgeving. “De omstandigheden op het Turkana-meer in het noorden van de Keniaanse Rift waren een van de meest uitdagende die ons team overal ter wereld is tegengekomen,” zegt Scholz. “Het meer is het grootste ter wereld in een woestijn, ligt in een van de winderigste gebieden van Afrika en is extreem afgelegen.”

Het team transporteerde hun onderzoeksvaartuigen over land naar het Turkana-meer en voerde meticuleuze surveys en monsters van de ondergrond uit, aangezien er geen kustwacht of maritieme reddingsoperaties beschikbaar zijn op het meer. Ondanks de logistieke obstakels, waren hun inspanningen succesvol: ze verzamelden gegevens over de ondergrond op 27 breuken onder het meer. Deze scans van hoge resolutie bieden, volgens Muirhead, “waarschijnlijk de beste schattingen van de activiteit van breuken in de afgelopen 10.000 jaar van elk riftbekken in het Oost-Afrikaanse Rift-systeem.”

De gegevens onthulden dat breuklijnen sneller bewogen en er meer magma werd geproduceerd tijdens drogere periodes wanneer de waterstanden lager waren. Deze bevinding komt overeen met soortgelijke studies op plaatsen zoals IJsland en het westen van de Verenigde Staten, waar het verlies van gletsjerijs dat op het aardoppervlak drukt, is gekoppeld aan verhoogde tectonische activiteit.

“Wat verrassend was, was hoeveel de snelheid van breuken kan veranderen door slechts een paar honderd meter verandering in de waterstand,” zegt Muirhead. “Dit komt waarschijnlijk doordat smeltend gesteente en de generatie van magma onder de rift de tectonische respons op deze veranderingen in waterstand verder versterkt.”

Het onderzoek biedt een levendige blik op de milieu-invloeden waarmee vroege menselijke voorouders werden geconfronteerd. Tijdens drogere klimaatfasen ondervonden ze waarschijnlijk verhoogde vulkanische en seismische activiteit, wat het landschap hervormde en de toegang tot vitale hulpbronnen zoals voedsel en water beïnvloedde.

Tegenwoordig gaan de implicaties veel verder dan de antropologie. Aangezien klimaatverandering blijft doorwerken op hydrologische systemen, suggereert de studie dat ook tectonische en vulkanische activiteit beïnvloed kan worden—hoewel dergelijke veranderingen zich over geologische tijdschalen zullen ontvouwen.

“Klimaatverandering, of deze nu door mensen is veroorzaakt of niet, zal waarschijnlijk de kans op toekomstige vulkanische en tectonische activiteit in Oost-Afrika beïnvloeden,” legt Muirhead uit. “Echter, deze veranderingen vinden plaats over geologische in plaats van menselijke tijdschalen, dus hun effecten zouden subtiel en grotendeels onopgemerkt blijven binnen een enkele levensduur of zelfs over generaties.”

Op korte termijn tonen klimaatprojecties voor het Turkana-meer een dramatische verschuiving ten opzichte van eerdere verwachtingen. In plaats van te krimpen, suggereren modellen nu dat het meer in de komende twee decennia zou kunnen stijgen door verhoogde neerslag in de rivierafvoer—wat het risico op overstromingen verhoogt. Deze veranderingen in waterstanden, of het nu door natuurlijke gebeurtenissen of door menselijk beheer van waterbronnen is, kunnen ook de dynamiek van de druk in de korst beïnvloeden.

De bevindingen dragen bij aan een groeiend bewijs dat een aardesystemenperspectief op plaattektoniek ondersteunt—een perspectief dat atmosferische en hydrosferische invloeden integreert, niet alleen die onder het oppervlak.

“We bewegen ons naar een holistischere begrip van de processen die de plaattektoniek aandrijven,” zegt Muirhead, “en erkennen ook de rol van de plaattektoniek in het beheersen van het langdurige klimaat en de impact daarvan op de evolutionaire ontwikkeling van leven op onze planeet.”

Deze verschuiving in perspectief heeft praktische gevolgen voor risico-evaluatie en beleid. Breuklijnen in continentale riftzones kunnen zich anders gedragen, afhankelijk van de klimatologische staat waarin ze zich bevinden. Muirhead gelooft dat toekomstige beoordelingen rekening moeten houden met deze variabelen.

“Als ik een risico-evaluatie zou doen voor een breuklijn in een continentale rift zoals Turkana,” zegt hij, “zou ik moeten overwegen hoe de activiteitssnelheid en de resulterende kans op een aardbeving worden beïnvloed door de huidige klimatologische toestand en de bijbehorende waterhoeveelheden in het meer.”

Door de diepe verbindingen tussen klimaat en tectonische activiteit te onthullen, helpt het onderzoek van het team om de manier waarop wetenschappers—en beleidsmakers—nadenken over de dynamische systemen van de aarde te hervormen. Terwijl klimaatverandering zich blijft ontvouwen, zal het begrijpen van deze verbindingen cruciaal zijn voor het bouwen van veerkrachtige gemeenschappen en het voorbereiden op de geologische uitdagingen van morgen.